Kondensatory filtrujące, cewki wspólne i koraliki magnetyczne są powszechnie stosowane w obwodach EMC i stanowią trzy skuteczne narzędzia eliminujące zakłócenia elektromagnetyczne.
Jeśli chodzi o rolę tych trzech w obwodzie, uważam, że wielu inżynierów nie rozumie artykułu z projektu szczegółowej analizy zasady eliminowania trzech najostrzejszych EMC.
1.Kondensator filtrujący
Mimo że rezonans kondensatora jest niepożądany z punktu widzenia filtrowania szumów o wysokiej częstotliwości, nie zawsze jest on szkodliwy.
Po ustaleniu częstotliwości szumu podlegającego filtrowaniu, pojemność kondensatora można dostosować tak, aby punkt rezonansowy przypadał dokładnie na częstotliwość zakłóceń.
W inżynierii praktycznej częstotliwość filtrowanego szumu elektromagnetycznego często sięga setek MHz, a nawet ponad 1 GHz. W przypadku tak wysokiej częstotliwości szumu elektromagnetycznego konieczne jest zastosowanie kondensatora przelotowego, aby skutecznie go odfiltrować.
Istnieją dwa powody, dla których zwykłe kondensatory nie są w stanie skutecznie filtrować szumów o wysokiej częstotliwości:
(1) Jednym z powodów jest to, że indukcyjność przewodu kondensatora powoduje rezonans kondensatora, który przedstawia dużą impedancję dla sygnału o wysokiej częstotliwości i osłabia efekt obejścia sygnału o wysokiej częstotliwości;
(2) Innym powodem jest pojemność pasożytnicza pomiędzy przewodami sprzęgającymi sygnał o wysokiej częstotliwości, co zmniejsza efekt filtrowania.
Powodem, dla którego kondensator rdzeniowy może skutecznie filtrować szumy o wysokiej częstotliwości, jest to, że nie występuje w nim problem zbyt niskiej częstotliwości rezonansowej kondensatora spowodowanej indukcyjnością wyprowadzeń.
Kondensator z rdzeniem przelotowym można zainstalować bezpośrednio na panelu metalowym, pełniąc w ten sposób rolę izolacji wysokoczęstotliwościowej. Jednak w przypadku stosowania kondensatora z rdzeniem przelotowym należy zwrócić uwagę na problem z instalacją.
Największą wadą kondensatora rdzeniowego jest obawa przed wysoką temperaturą i jej wpływem na środowisko, co powoduje duże trudności podczas spawania kondensatora rdzeniowego do panelu metalowego.
Wiele kondensatorów ulega uszkodzeniu podczas spawania. Zwłaszcza gdy na panelu trzeba zainstalować dużą liczbę kondensatorów rdzeniowych, dopóty naprawa jest trudna, ponieważ usunięcie uszkodzonego kondensatora może uszkodzić inne kondensatory znajdujące się w pobliżu.
2. Indukcyjność trybu wspólnego
Ponieważ problemy z EMC wynikają głównie z zakłóceń trybu wspólnego, cewki indukcyjne trybu wspólnego są jednym z naszych powszechnie stosowanych, wydajnych komponentów.
Cewka indukcyjna trybu wspólnego to urządzenie tłumiące zakłócenia trybu wspólnego z rdzeniem ferrytowym, które składa się z dwóch cewek o tym samym rozmiarze i tej samej liczbie zwojów nawiniętych symetrycznie na tym samym pierścieniowym rdzeniu magnetycznym ferrytowym, tworząc urządzenie czterozaciskowe, które ma duży efekt tłumienia indukcyjności dla sygnału trybu wspólnego i małą indukcyjność upływu dla sygnału trybu różnicowego.
Zasada działania polega na tym, że gdy płynie prąd w trybie wspólnym, strumienie magnetyczne w pierścieniu magnetycznym nakładają się na siebie, tworząc znaczną indukcyjność, która hamuje prąd w trybie wspólnym, a gdy dwie cewki przepływają przez prąd w trybie różnicowym, strumienie magnetyczne w pierścieniu magnetycznym znoszą się wzajemnie i nie występuje prawie żadna indukcyjność, więc prąd w trybie różnicowym może przepływać bez tłumienia.
Dlatego cewka trybu wspólnego może skutecznie tłumić sygnał zakłóceń trybu wspólnego w linii symetrycznej, ale nie ma wpływu na normalną transmisję sygnału trybu różnicowego.
Induktory trybu wspólnego powinny spełniać następujące wymagania w momencie produkcji:
(1) Przewody nawinięte na rdzeń cewki powinny być izolowane, aby zapobiec przebiciu między zwojami cewki pod wpływem chwilowego przepięcia;
(2) Gdy cewka przepływa przez chwilowy duży prąd, rdzeń magnetyczny nie powinien być nasycony;
(3) Rdzeń magnetyczny w cewce powinien być izolowany od cewki, aby zapobiec przebiciu między nimi pod wpływem chwilowego przepięcia;
(4) Cewkę należy nawinąć w miarę możliwości pojedynczo, aby zmniejszyć pojemność pasożytniczą cewki i zwiększyć zdolność cewki do przenoszenia przejściowych przepięć.
W normalnych okolicznościach, przy zwracaniu uwagi na wybór pasma częstotliwości wymaganego do filtrowania, im większa impedancja trybu wspólnego, tym lepiej, dlatego przy wyborze induktora trybu wspólnego należy wziąć pod uwagę dane urządzenia, głównie na podstawie krzywej częstotliwości impedancji.
Dodatkowo przy wyborze należy zwrócić uwagę na wpływ impedancji trybu różnicowego na sygnał, skupiając się głównie na impedancji trybu różnicowego i zwracając szczególną uwagę na porty o dużej szybkości.
3. Koralik magnetyczny
W procesie projektowania cyfrowych obwodów EMC często wykorzystujemy koraliki magnetyczne. Materiał ferrytowy jest stopem żelaza i magnezu lub stopem żelaza i niklu. Materiał ten charakteryzuje się wysoką przenikalnością magnetyczną i może być induktorem między uzwojeniem cewki w przypadku wysokiej częstotliwości i wysokiej rezystancji generującej minimalną pojemność.
Materiały ferrytowe są zazwyczaj stosowane w wysokich częstotliwościach, ponieważ przy niskich częstotliwościach ich główne charakterystyki indukcyjne sprawiają, że straty w linii są bardzo małe. Przy wysokich częstotliwościach ich charakterystyki reaktancyjne zmieniają się wraz z częstotliwością. W zastosowaniach praktycznych materiały ferrytowe są wykorzystywane jako tłumiki wysokich częstotliwości w obwodach o częstotliwości radiowej.
W rzeczywistości ferryt jest lepszym odpowiednikiem równoległego połączenia rezystancji i indukcyjności; rezystancja jest zwierana przez cewkę przy niskiej częstotliwości, a impedancja cewki staje się dość wysoka przy wysokiej częstotliwości, w związku z czym cały prąd przepływa przez rezystancję.
Ferryt to element konsumpcyjny, w którym energia o wysokiej częstotliwości jest przekształcana w energię cieplną, co jest określone przez jego charakterystykę rezystancji elektrycznej. Ferrytowe kulki magnetyczne mają lepsze właściwości filtrowania wysokich częstotliwości niż zwykłe induktory.
Ferryt jest rezystancyjny przy wysokich częstotliwościach, co jest równoważne cewce o bardzo niskim współczynniku dobroci, dzięki czemu może utrzymywać wysoką impedancję w szerokim zakresie częstotliwości, zwiększając w ten sposób wydajność filtrowania wysokich częstotliwości.
W paśmie niskich częstotliwości impedancja składa się z indukcyjności. Przy niskich częstotliwościach R jest bardzo małe, a przenikalność magnetyczna rdzenia jest wysoka, co przekłada się na dużą indukcyjność. L odgrywa kluczową rolę, a zakłócenia elektromagnetyczne są tłumione przez odbicie. W tym przypadku straty w rdzeniu magnetycznym są niewielkie, a całe urządzenie charakteryzuje się niskimi stratami i wysoką dobrocią cewki indukcyjnej. Cewka ta łatwo wywołuje rezonans, dlatego w paśmie niskich częstotliwości czasami mogą występować zwiększone zakłócenia po zastosowaniu ferrytowych kulek magnetycznych.
W paśmie wysokich częstotliwości impedancja składa się ze składowych rezystancyjnych. Wraz ze wzrostem częstotliwości maleje przenikalność magnetyczna rdzenia magnetycznego, co powoduje zmniejszenie indukcyjności cewki indukcyjnej i zmniejszenie składowej reaktancji indukcyjnej.
Jednak w tym momencie straty rdzenia magnetycznego rosną, wzrasta składowa rezystancji, co powoduje wzrost całkowitej impedancji, a gdy sygnał wysokiej częstotliwości przechodzi przez ferryt, zakłócenia elektromagnetyczne są pochłaniane i przekształcane w formę rozpraszania ciepła.
Elementy tłumiące ferryt są szeroko stosowane w płytkach drukowanych, liniach energetycznych i liniach transmisji danych. Na przykład, element tłumiący ferryt jest dodawany do końcówki wejściowej przewodu zasilającego płytki drukowanej w celu filtrowania zakłóceń o wysokiej częstotliwości.
Ferrytowy pierścień magnetyczny lub koralik magnetyczny są specjalnie stosowane do tłumienia zakłóceń o wysokiej częstotliwości i zakłóceń szczytowych w liniach sygnałowych i energetycznych, a także mają zdolność pochłaniania zakłóceń impulsowych wyładowań elektrostatycznych. Zastosowanie koralików magnetycznych lub cewek indukcyjnych w chipach zależy głównie od praktycznego zastosowania.
Induktory chipowe są stosowane w obwodach rezonansowych. Gdy zachodzi potrzeba wyeliminowania zbędnego szumu EMI, najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie kulek magnetycznych chipowych.
Zastosowanie kulek magnetycznych i cewek indukcyjnych na chipach
Induktory chipowe:Komunikacja radiowa (RF) i bezprzewodowa, sprzęt informatyczny, detektory radarowe, elektronika samochodowa, telefony komórkowe, pagery, sprzęt audio, osobiste asystenty cyfrowe (PDA), bezprzewodowe systemy zdalnego sterowania i moduły zasilania niskiego napięcia.
Koraliki magnetyczne w kształcie chipów:Układy generowania sygnału zegarowego, filtrowanie między obwodami analogowymi i cyfrowymi, wewnętrzne złącza wejścia/wyjścia I/O (takie jak porty szeregowe, porty równoległe, klawiatury, myszy, telekomunikacja dalekosiężna, sieci lokalne), układy RF i urządzenia logiczne podatne na zakłócenia, filtrowanie przewodzonych zakłóceń o wysokiej częstotliwości w obwodach zasilania, komputerach, drukarkach, magnetowidach (VCRS), tłumienie zakłóceń EMI w systemach telewizyjnych i telefonach komórkowych.
Jednostką miary koralika magnetycznego jest om, ponieważ jednostka miary koralika magnetycznego jest nominalna i zależy od impedancji, jaką wytwarza on przy danej częstotliwości, a jednostką impedancji są również omy.
W KARTACH DANYCH koralików magnetycznych zazwyczaj podane są charakterystyki częstotliwości i impedancji krzywej, zwykle 100 MHz jako standard, na przykład gdy częstotliwość 100 MHz odpowiada impedancji koralika magnetycznego równej 1000 omów.
W przypadku pasma częstotliwości, które chcemy filtrować, musimy wybrać koralik magnetyczny o większej impedancji, tym lepiej. Zwykle wybiera się impedancję 600 omów lub większą.
Dodatkowo, przy wyborze kulek magnetycznych należy zwrócić uwagę na strumień magnetyczny kulek, który zazwyczaj musi zostać zmniejszony o 80%, a także na wpływ impedancji prądu stałego na spadek napięcia w przypadku stosowania w obwodach mocy.
Czas publikacji: 24 lipca 2023 r.
